技术文章
2015-07-15
在很多领域，特别是通讯市场，系统级芯片已经成为一种公认的技术解决方案。尽管就其技术成本和复杂性而言，困难仍然很大，顾虑仍然存在，但系统级芯片供应商正采取积极措施，争取在标准或半定制产品中综合利用这项技术，甚至提供某些过渡替代产品，比如多芯片模块。
尽管这种趋势已经持续了一段时间，但是也遇到一些阻力。比如可编程逻辑电路就在蚕食系统级芯片的领地，因为，它们以较低的成本综合利用各种标准单元。随着系统级芯片进步到集成1,000万门的程度，其复杂度也越来越高，这将限制其在批量场合的应用。
谈到客户希望出于成本和减少元件考虑而采用单个元件，朗讯科技的Ayukawa说：“就现在的情况而言，客户并不是非常在乎。很多时候，这种方法可能比在系统级芯片中插入一大块DRAM内存更加经济高效。”
制造无线通信芯片的Peregrine半导体公司的首席执行官Stavros Prodromou称，其实有很多折衷方案。他说：“在一个封装中包含多个芯片实际上可以让你在诸如CMOS的相同封装中混合使用砷化镓和硅锗等技术，这样就可以在电路板上消除很多外部互连。你也可以混合并集成不同的IP。”
IBM公司也在为许多应用提供“单封装系统”，与嵌入DRAM或SRAM的系统级芯片相比，能够提供更为快速的内存访问能力，Lange则将这种产品描述为“一种介于多芯片模块和系统级芯片之间的东西”。
利用这种技术，IBM公司将两个芯片直接焊接在一起，促进两者之间的直接通信。他说：“采用这种封装方式，它看上去象一个芯片，但事实上却是两个芯片。”
Lange还指出，其中一个芯片可以调换或重新自旋，而另一个则保持不变。这样就可以将一个定制元件加在标准产品上，或者在定制产品中重新使用标准元件。
Connexant系统公司负责网络接入产品战略营销的副总裁Warner Andrews称，该公司既能以多芯片模块形式提供传真调制解调器，也能以单硅片形式提供。
他说：“原因是你可能已经掌握了重大电路技术差异。为了将所有功能都纳入集成电路中，你可能需要采用1.8V工艺，但传真调制解调器中数字数据接入配置的线路驱动线却要求采用3.3V技术。因此，我们掌握了两套不同的技术，可以把多个芯片放在一个盒子中。”
Andrews说：“我们几年前推出的每种56k调制解调器实际上都是4片式多芯片模块，在客户看来这和系统级芯片差不多。”交换机芯片制造商Power X公司营销主任Bill Weir认为，在通信交换领域，各种功能一直通过“大量专用集成电路”来实现，而市场中近几年间出现的新一代网络处理器则更像是系统级芯片，而不再是专用集成电路。而且，总的来说他们是建立在单芯片组上的多个系统。他说：“其中每种芯片都具有分组处理功能和交换功能，它们已经将5个或6个芯片上的功能集成在一个较大芯片上。我不能说我们可以在一个芯片上完成所有事情，但和以前比，单芯片组系统确实有了飞跃，今天的单芯片组系统很有希望成为明天的系统级芯片。”
Dataquest公司Starnes认为，多芯片模块不会对系统级芯片构成什么威胁。比如，制造多芯片模块并不见得比组装真正集成的系统级芯片所用的IP简单。而且，对这些芯片重新进行加工也是极其困难的。但是他又说：“你现在完全可以在一个基板上放置3个小芯片，而不必采用一个大芯片。”而且如果在焊线过程中发生了制造错误需要修补，那么整个芯片就会报废，他指出：“即使这两个芯片都能工作，你还可以修补第三块芯片，整个模块仍然有用，而不至于报废整个大芯片。”
Starnes补充说，还可采用其它比较容易的方法对多个芯片进行加工处理，这比直接加工处理一个单片集成电路简单得多。在一个百万晶体管设计中，更改其中1万个晶体管的设置就可能影响全部百万个晶体管。他说：“也许分成三个芯片就会容易得多，你只需要更改位于某个芯片上的1万个晶体管，而不必去管另外两个芯片，这样就能为制造商降低成本。”
IC Insights的McClean指出，有些大供应商已经将一些证实可行的复杂技术嵌入现有成品中，McClean直呼其为“半专用集成电路或半标准元件”。
IBM、LSI和朗讯科技等集成电路制造商已经开发了一种方法，将其提供定制部件的方式标准化，从而为大批量应用提供解决方案。LSI公司的Vasishta说：“标准产品(ASSP)已经成为我们最大的业务，我们采用了以往针对专用集成电路和系统级芯片的方法开发ASSP。”朗讯科技也强调设计的重复使用问题，该公司微电子集团产品战略部门产品经理Michael Ayukawa说：“我们越是能够让客户采用系统级芯片与其它东西组合，大家的情况就会变得越好。显然，我们必须努力降低成本。如果我们能够在任何一种可编程平台上实现顺利工作，就会享有竞争优势。”
又一项举动已经引起业界关注，那就是将FPGA置入系统级芯片中。Ayukawa说：“这好像已经不是朝着系统级芯片的方向发展，而更象是盒中系统(system-in-box)。”但是没有理由认为这不属于系统级芯片的范畴。FPGA的体积随着更新换代将不断缩小。他说：“我预计它会逐渐成为系统级芯片的一部分。”
IBM微电子公司首席技术专家Randy Lange说，IBM公司去年开发了所谓超级结构方法，提供共同工作的预配置内核，确保客户能够顺利制造和测试这些芯片。
Lange说：“你可以重新使用这些元件，只需针对不同的市场卖点进行局部重新设计，比方说放一个更快速的输入/输出驱动器在上面，而不作其它修改。这种定制解决方案的整个概念只有在你能够重新使用这些元件时才具备经济效益。你不可能每次都对全部内容进行重新设计。”
据Lange介绍，与超级结构相配套的是IBM公司的内核连接总线，它能够预先对内部连接各种元件的线路进行侦测并判定有无通过能力。按照IBM公司统计，现已有20多家公司获得32位、6?位和128位版本内核连接总线的使用许可。内核连接总线能够让用户采取标准化做法创建定制芯片，实际上就是创建一种针对特定应用的标准部件，Lange补充道：“这样你就能够获得更大和更快的生产能力。”
多芯片模块挑战系统级芯片
Dataquest公司Tom Starnes说：“尽管已成功研制出200至300万门器件，但其用户基础变得相对比较窄了。有多少人会具备设计这些东西的专业水平和能力呢？”IC Insights公司分析师Bill McClean说：“现在，有些人在为蜂窝移动电话设计RF系统级芯片，将芯片数由三个减少为一个。”根据Electronic Trend Publications的估计，系统级芯片的未来似乎很有保证。系统级芯片在全球芯片交易中所占份额将由1998年的3.4%飚升到2003年的17.2%。该报告称，单芯片集成电路的市场价值将跃升10倍，从去年的37亿美元达到2003年的340亿美元。
有关系统级芯片的定义一直是争论的焦点。McClean说：“现在看来各派间差异愈加模糊。”他将系统级芯片定义为：具有10万可用门、芯片级存储器、处理功能或者微处理器、微控制器或数字信号处理能力的集成电路。IBM公司和其它系统级芯片供应商则将输入/输出设备、DMA控制器（在存储器和输入/输出器件之间输出数据）、互连总线、时钟生成和电源管理控制逻辑也纳入到芯片级内核中。
最近，嵌入式DRAM也已成为一种热门的系统级芯片发展趋势。IC Insights预测，基于标准逻辑单元的产品（根据McClean的定义几乎都属于系统级芯片）的发货量将在1999至2004年间增长59%，而门阵列的发货量则将在今后5年内以同样的规模减少。
LSI Logic公司长期以来一直称自己为“系统级芯片公司”，最近则开始改称为“通信芯片公司”，这反映出系统级芯片已经成为一种正常业务，应用开始变得比技术更重要。
LSI Logic公司技术产品营销高级主任Ronnie Vasishta说：“就系统级芯片和嵌入式功能而言，这几乎是一种自然的发展过程。”
SoC向ASSP靠拢
